Результаты моделирования и оценки предельных по сцеплению тяговых усилий на ведущих колесах полуприцепа экспериментального автопоезда и ограничений предельного по сцеплению момента на валу вентильно-индукторного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Результаты моделирования и оценки предельных по сцеплению тяговых усилий на ведущих колесах полуприцепа экспериментального автопоезда и ограничений предельного по сцеплению момента на валу вентильно-индукторного двигателя

Барышов Д.П.

канд. техн. наук, доц. МАДИ

Результаты эксплуатации, полученные в ходе эксплуатации аналогов и прототипов экспериментального автопоезда, показывают, что наиболее неблагоприятный вариант распределении веса порожнего автопоезда по осям и электромотор-колесам автопоезда состоит в том, что минимальная вертикальная нагрузка 3154 кг приходится на правое (по ходу автопоезда) колесо второй (считая сзади) оси полуприцепа, а максимальная вертикальная нагрузка 5690 кг приходится на левое мотор-колесо четвертой (считая сзади) оси полуприцепа при общей массе автопоезда без груза около 82 тонн. Основываясь на этих данных, были выполнены теоретические и экспериментальные исследования и оценки.

Определение предельных по сцеплению тяговых усилий на ведущих колесах полуприцепа автопоезда и соответствующих ограничений предельного по сцеплению момента на валу ВИД

Определяем массу перевозимого автопоездом груза:

G_гр = G_а - G_п = 120 - 82 = 38 т (1)

где G_гр -- масса груза, перевозимого автопоездом, т;

G_а -- полная масса автопоезда с грузом, т;

G_п -- масса автопоезда без груза, т.

Принимаем, что вес груза равномерно распределяется между всеми 10 колесами полуприцепа. Тогда дополнительная вертикальная нагрузка на мотор-колесо полуприцепа равна

G_{мк доп} = G_гр/10 = 38/10 = 3,8 т (2)

Суммарная вертикальная нагрузка на наименее нагруженное мотор-колесо равна:

G_{мк гр} = _{Gмк пор} + G_{мк доп} = 3,154 т + 3,8 т = 6,954 т ? 7 т (3)

Аналогично, суммарная вертикальная нагрузка на наиболее нагруженное мотор-колесо равна:

G_{мк гр} = 5,69 + 3,8 = 9,49 ? 9,5 т (4)

Предельное по сцеплению тяговое усилие на мотор-колесе определяем по следующей формуле:

F_{мк сц} = ц х G_{мк гр} х 9,8 (5)

где F_{мк сц} -- предельное по сцеплению тяговое усилие на колесе, кН;

ц -- коэффициент сцепления мотор-колес с дорогой;

G_{мк гр} -- суммарная вертикальная нагрузка на мотор-колесо, т.

Подставляя в (5) значения G_{мк гр} из (3) и (4), а также значения коэффициентов сцепления, определяем значения предельных по сцеплению тяговых усилий на мотор-колесах.

Для наименее нагруженного мотор-колеса на дороге с асфальтово-бетонным покрытием:

F_{мк сц} = 0,6 х 7 х 9,8 = 41,16 Кн (6)

Для наиболее нагруженного мотор-колеса на дороге с асфальтово-бетонным покрытием:

F_{мк сц} = 0,6 х 9,5 х 9,8 = 55,86 кН (7)

Для наименее нагруженного мотор-колеса на дороге с грунтово-щебеночным покрытием:

F_{мк сц} = 0,4 х 7 х 9,8 = 27,44 кН (8)

Для наиболее нагруженного мотор-колеса на дороге с грунтово-щебеночным покрытием:

F_{мк сц} = 0,4 х 9,5 х 9,8 = 37,24 кН (9)

Предельный по сцеплению момент на валу ВИД мотор-колеса определяем из (10) следующим образом:

(10)

где F_хпп -- суммарное тяговое усилие, кН;

М_д -- момент на валу ВИД, Нм;

М_{д сц} = 8 х F_{мк сц} /0,33, (11)

где М_{д сц} -- предельный по сцеплению момент на валу ВИД, Нм;

F_{мк сц} -- предельное по сцеплению тяговое усилие на колесе, кН.

Подставляя в (11) значения F_{мк сц} из (6)-(9), находим значения предельных по сцеплению моментов на валу ВИД для четырех рассмотренных выше случаев.

Для наименее нагруженного мотор-колеса на дороге с асфальтово-бетонным покрытием:

М_{д сц} = 8 х 41,16/0,33 = 998 Нм (12)

Для наиболее нагруженного мотор-колеса на дороге с асфальтово-бетонным покрытием:

М_{д сц} = 8 х 55,86/0,33 = 1354 Нм (13)

Для наименее нагруженного мотор-колеса на дороге с грунтово-щебеночным покрытием:

М_{д сц} = 8 х 27,44/0,33 = 665 Нм (14)

Для наиболее нагруженного мотор-колеса на дороге с грунтово-щебеночным покрытием:

М_{д сц} = 8 х 37,24/0,33 = 903 Нм (15)

Как следует из приведенных выше расчетов, значения предельных по сцеплению моментов на валу ВИД существенно различаются для отдельных мотор-колес полуприцепа, как вследствие различия приходящихся на них вертикальных нагрузок, так и вследствие различия условий сцепления колес для дорог с различным покрытием. Поэтому для максимального использования сцепного веса автопоезда аппаратура управления ВИП должна обеспечивать возможность индивидуального регулирования уровня ограничения предельного по сцеплению момента на валу ВИД в пределах значений, рассчитанных в (12)-(15).

Следует отметить, что найденные в (12)-(15) значения предельных по сцеплению моментов на валу ВИД в тяговом режиме в равной степени относятся и к режиму электрического торможения.

Расчет зависимости частоты вращения ВИД от скорости движения автопоезда и определение порога автоматического ограничения скорости

Произведем расчёт зависимости частоты вращения ВИД от скорости движения автопоезда и определение порога автоматического ограничения скорости.

Связь между частотой вращения ВИД и скоростью движения автопоезда находим из (16):

(16)

n_д = V/0,00865 = 115,6 х V, (17)

где n_д -- частота вращения вала ВИД, об/мин;

V -- скорость автопоезда, км/ч.

Результаты расчета по (17) сведены в Табл. 1.

Таблица 1

ВИП должен обеспечивать автоматический переход из режимов тяги и выбега в режим электрического торможения с предельной установкой при превышении максимальной скорости автопоезда (40+2) км/ч.

По (17) определяем, что указанному значению максимальной скорости соответствует частота вращения ВИД:

n_{д макс} = 115,6 х (40+2) = (4624+231) об/мин (18)

Определяемый (18) диапазон частоты вращения вентильно-индукторного двигателя ВИД от 4624 до 4855 об/мин принимаем в качестве порога автоматического ограничения скорости автопоезда, при котором аппаратура управления вентильно-индкуторного электропривода (ВИП) должна обеспечивать автоматическое включение режима электрического торможения с предельной установкой.

Расчет параметров ВИД в режиме подката автопоезда

Произведём расчёт параметров вентильно-индукторного двигателя ВИД в режиме подката автопоезда.

Вентильно-индкуторный электропривод (ВИП) должен обеспечивать работу автопоезда в режиме подката при выключенной гидромеханической трансмиссии (ГМТ) тягача со следующими фиксированными скоростями:

-- первая скорость - до 1 км/ч;

-- вторая скорость - до 2 км/ч;

-- третья скорость - до (3-4) км/ч;

-- четвертая скорость - до (5-6) км/ч.

Расчет производим для горизонтальных участков дороги (i=0) с асфальтово-бетонным и грунтово-щебеночным покрытием при работе только ВИП (ГМТ тягача не работает).

Из (19) при i=0 определяем тяговое усилие, реализуемое ВИП полуприцепа, при движении автопоезда с фиксированной скоростью:

i = F_х/(9,8 х Gа) - f (19)

где F_х -- суммарное тяговое усилие автопоезда, кН;

Gа -- полная масса автопоезда, т;

i --продольный уклон дороги;

f -- коэффициент сопротивления качению.

F_хпп = 9,8 х Ga х f (20)

Подставляя в (20) значения Ga и f , находим:

Для дороги с асфальтово-бетонным покрытием (f = 0,02)

F_{хпп аб} = 9,8 х 120 х 0,02 = 23,5 кН (21)

Для дороги с грунтово-щебеночным покрытием (f = 0,04)

F_{хпп гщ} = 9,8 х 120 х 0,04 = 47 кН (22)

Момент на валу ВИД в режиме подката определяем по (10).

Для дороги с асфальтово-бетонным покрытием:

М_{д аб} = F_{хпп аб}/0,33 = 23,5/0,33 = 71,2 Нм (23)

Для дороги с грунтово-щебеночным покрытием:

М_{д гщ} = F_{хпп гщ}/0,33 = 47/0,33 = 142,4 Нм (24)

Мощность на валу ВИД в режиме подката определяем из (25):

М_д = 9,55 х 10і х Р_2вид/n_д, (25)

где М_д -- момент на валу ВИД, Нм;

n_д -- частота вращения вала ВИД, об/мин;

Р_2вид -- мощность на валу ВИД, кВт.

Р_2вид = М_д х n_д/(9,55х10і) (26)

Частоту вращения ВИД в режиме подката определяем по (17):

n_д = 115,6 х V (27)

Результаты расчета по (23) - (27) для 4 заданных диапазонов скоростей подката сведены в Табл. 2.

Таблица 2

В статье приведено определение предельных по сцеплению тяговых усилий на ведущих колесах полуприцепа автопоезда и соответствующих ограничений предельного по сцеплению момента на валу вентильно-индукторного двигателя (ВИД). В ходе исследований было выявлено, что значения предельных по сцеплению моментов на валу ВИД существенно различаются для отдельных мотор-колес полуприцепа. Для максимального использования сцепного веса автопоезда аппаратура управления ВИП должна обеспечивать возможность индивидуального регулирования уровня ограничения предельного по сцеплению момента на валу ВИД в пределах значений, приведённых в работе. Приведены расчеты зависимости частоты вращения ВИД от скорости движения автопоезда и определение порога автоматического ограничения скорости, а так же расчет параметров ВИД в режиме подката автопоезда.

Литература

вентильный индукторный двигатель автопоезд

1. Павлов В.А., Муханов С.А. Транспортные прицепы и полуприцепы. / В.А. Павлов, С.А. Муханов - М.: Воениздат, 1981. - 192 с.

2. Закин Я.Х. Маневренность автомобиля и автопоезда./ Я.Х. Закин - М.: Транспорт, 1986. -- 136 с.

3. Закин Я.X. Конструкции и расчёт автомобильных поездов/ Я.X. Закин, М.М. Щукин, С.Я. Марголис, П.П. Ширяев, А.С. Андреев - Л: изд-во «Машиностроение», 1968.

Размещено на Allbest.ru